Ich habe einmal den Google-Übersetzer bemüht.
Wirklich ein interessanter Artikel!
Das neue Öl - grüner Wasserstoff aus dem Golf
Veröffentlicht: 5. August 2018Frank Wouters , Prof. Dr. Dr. Ad van Wijk
Einführung
John Bockris von General Motors verwendete 1970 erstmals den Begriff "Wasserstoffwirtschaft" und beschrieb ein Energiesystem, das Wasserstoff als primären Energieträger verwendet.
Wenn Wasserstoff in nützliche Energie wie Wärme, Elektrizität oder Bewegung umgewandelt wird, produziert es nur Wasser als Nebenprodukt.
Wasserstoff kann direkt in einer Brennstoffzelle in Elektrizität umgewandelt oder in einem Gasmotor oder einer Turbine verbrannt werden.
Aufgrund des Mangels an Kohlenstoff oder Stickstoff entstehen beim Umwandlungsprozess keine anderen schädlichen Abgase, so dass brennender Wasserstoff nicht zum Klimawandel beiträgt.
Es ist anzumerken, dass derzeit 95% des Wasserstoffs aus Erdgas in einem thermischen Prozess erzeugt werden, der Dampf-Methan-Reformierung (SMR) genannt wird, der sehr energieintensiv ist und viel CO2 produziert. Wasserstoff kann jedoch auch in einem Elektrolyseur, der Elektrizität verbraucht, aus Wasser hergestellt werden.
In den frühen Jahren des 21. Jahrhunderts erfreute sich Wasserstoff von Automobilherstellern, Entwicklern von Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Speichersystemen großer industrieller Aufmerksamkeit und erwartete einen schnellen Marktdurchbruch.
Bislang hat die Markteinführung von Wasserstoff kaum das Versprechen gehalten, was viele Befürworter und Finanziers enttäuscht hat, insbesondere im Hinblick auf den Transport.
Kurzfristig scheinen batterieelektrische Fahrzeuge zumindest im privaten Fahrzeugsektor die Oberhand im Transportwesen zu gewinnen. Wir sollten uns deshalb fragen: Was hat sich geändert und warum sollten wir uns jetzt für Wasserstoff begeistern?
Erstens haben wir seit mehr als einem Jahrzehnt weltweit ein enormes Wachstum der Kapazitäten für erneuerbare Energien gesehen.
Seit 2011 wurden jedes Jahr mehr erneuerbare Kapazitäten hinzugefügt als alle neuen kombinierten Kapazitäten für Gas, Kohle, Öl und Kernkraft, und dieser Trend dürfte sich fortsetzen. Neue Solar- und Windanlagen sind heute an vielen Orten die billigsten Stromquellen, und Versorger beschaffen routinemäßig große Kapazitäten in Hunderten von Megawatt, manchmal sogar Gigawatt.
Dieser Trend fällt mit einem anderen Trend zusammen, der erweiterten Elektrifizierung.
Laut Shells aktuellem Sky-Szenario [1] ist die Elektrifizierungsrate der Endenergie von heute bis 2070 mehr als verdreifacht, und die globale Stromerzeugung ist mehr als verdreifacht
Erreichen eines Niveaus fast fünf mal das heutige Niveau.
Die Gründe dafür sind vielfältig, darunter die Verfügbarkeit von immer billigerem Strom aus erneuerbaren Energiequellen, die Verfügbarkeit von kosteneffektiven Batterien und der rasche Anstieg der Elektromobilität.
Zweitens prognostiziert das Shell-Szenario von Shell, das sich mit den Wegen befasst, um im Rahmen des Übereinkommens von Paris eine maximale Erwärmung von 2 Grad zu erreichen, bis zum Jahr 2100 ein Viertel des gesamten Energiebedarfs und über 10% der industriellen Energie.
Ein weiterer kürzlich erschienener Bericht, BP's Technology Outlook 2018 [2] , verweist auch auf eine große Rolle von Wasserstoff in einer kohlenstoffarmen Zukunft, einschließlich des jüngsten Berichts des Hydrogen Council "Hydrogen scaling up [3] ", der besagt, dass Wasserstoff 18 abdecken kann % des Endenergiebedarfs bis 2050. Der Hydrogen Council selbst, der 2017 von führenden globalen Unternehmen wie Daimler, Shell, GM, Toyota, Equinor (Statoil), Linde, Hyundai, Shell und Total gegründet wurde, ist ein starkes Signal dafür, dass Wasserstoff an Bedeutung gewinnt Momentum wieder.
Drittens haben mehrere Länder eine ehrgeizige Wasserstoffreise unternommen, insbesondere Japan und Korea. Japan ist Austragungsort der Olympischen Spiele 2020 und baut rund um den Globus eine Wasserstoffstadt auf, um die Durchführbarkeit und den Anstoß für die Entwicklung der Wasserstofftechnologie und -anwendungen zu demonstrieren.
Und schließlich kam zuletzt eine spannende Palette von Brennstoffzellenfahrzeugen mehrerer großer Hersteller auf den Markt, darunter der neue Hyundai Nexo, der Honda Clarity und der Toyota Mirai, die das Vertrauen der großen Hersteller in die Wasserstoff-Zukunft zum Ausdruck bringen.
Wir sollten außerdem bedenken, dass Wasserstoff ein Energieträger mit einem viel größeren Umfang und Potenzial ist, als nur ein Transporttreibstoff zu sein. Wasserstoff kann über einen langen Zeitraum verlustfrei gelagert werden und ist eine der Voraussetzungen für die weitere Integration von billigen, aber variablen erneuerbaren Energien.
Darüber hinaus kann Wasserstoff die chemische Industrie als kohlenstofffreien Rohstoff entkarbonisieren und transformieren und Koks in der Stahlindustrie ersetzen.
Und Wasserstoff kann für den Schwerlasttransport auf langen Strecken eingesetzt werden, um Lastwagen, Züge, Schiffe und sogar Flugzeuge anzutreiben, Bereiche, in denen Batterien inhärenten Beschränkungen unterliegen.
Heutzutage wird die Debatte um Wasserstoff oft auf die Frage beschränkt, ob batterieelektrische Fahrzeuge oder Brennstoffzellenfahrzeuge die Oberhand haben. Dieses Papier zeigt, dass es sinnvoll ist, über den Transport hinaus zu schauen, wenn man über Wasserstoff diskutiert.
Wasserstoff im GCC
Die Wirtschaft des Gulf Cooperation Council (GCC), bestehend aus Bahrain, Kuwait, Oman, Katar, Saudi-Arabien und den Vereinigten Arabischen Emiraten, ist weitgehend auf Öl- und Gasexporte zurückzuführen.
Aber die Verfügbarkeit von Kohlenwasserstoffen hat auch zur Schwerindustrie geführt, einschließlich Stahlerzeugung, Aluminiumschmelzen, Raffinerien und chemische Industrie. Viele dieser Industriezweige produzieren und verwenden seit Jahrzehnten in großem Umfang Wasserstoff, hauptsächlich zur Herstellung von Düngemitteln, in Raffinerien und in geringerem Maße in der chemischen Industrie.
Auf lange Sicht müssen auch diese Industriezweige dekarbonisieren, und in diesem Papier wird ein möglicher Weg dafür beschrieben, bei dem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien verwendet wird. Aber wir untersuchen auch das Potenzial, dass Wasserstoff im Strom- und Transportsektor sowohl im Inland als auch für den Export Öl und Gas ersetzt.
Grau, Blau und Grün
Ein Teil des Wasserstoffs fällt in Raffinerien als Nebenprodukt an und kann nach der Behandlung wiederverwendet werden, z. B. um den Schwefelgehalt in Kraftstoffen zu verringern.
Der größte Teil des Wasserstoffs wird jedoch durch Dampf-Methan-Reformierung erzeugt, und der resultierende Wasserstoff wird aufgrund seines fossilen Ursprungs und seiner Assoziation mit CO2-Emissionen als "grauer Wasserstoff" bezeichnet.
Die Dampfumwandlung von einer Tonne Methan setzt ungefähr vier Tonnen CO2 in die Atmosphäre frei.
Wenn die Produktion von Wasserstoff weniger CO2-intensiv ist, z. B. wenn CO2 durch Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) unterirdisch gespeichert und dauerhaft gespeichert wird, wird der Wasserstoff als "blauer Wasserstoff" bezeichnet.
Air Liquide ist einer der größten Wasserstoffproduzenten.
Wird der Wasserstoff in einem Elektrolyseur mit Hilfe von kohlenstofffreier erneuerbarer Energie wie Wind- oder Solarstrom aus Wasser gewonnen, Der Wasserstoff wird "grüner Wasserstoff" genannt. Derzeit ist der gesamte im GCC produzierte Wasserstoff grau.
Grüner Wasserstoff im GCC
Das Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Elektrizität, das als Power-to-Gas bezeichnet wird, ist ein relativ einfacher Prozess, an dem ein Elektrolyseur beteiligt ist, der Wasser (H20) in seine beiden Komponenten Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufspaltet.
Aufgrund der Knappheit von Süßwasser im Golf wird das Wasser Meerwasser sein, das zuerst entsalzt werden muss, mit einem Verfahren, das als Umkehrosmose oder RO bezeichnet wird.
Solarenergie im Golf
Der Mittlere Osten hat kürzlich in Dubai, Abu Dhabi und Saudi-Arabien mehrere Weltrekord-Solarkraftwerke vorgestellt. Der GCC hat derzeit den niedrigsten Solarstrom der Welt. Der Maktoum Solar Park in Dubai wird die DEWA III 800 MW Solaranlage beherbergen, die mit 2,99 $ ct / kWh Strom produzieren wird, unmittelbar gefolgt von dem 1,2 GW Sweihan PV Projekt in Abu Dhabi, das Strom zu 2,42 $ ct / kWh.
Das kürzlich vergebene 300 MW Sakaka-Projekt in Saudi-Arabien war mit 2,34 $ ct / kWh noch günstiger.
Es ist anzumerken, dass das niedrigste Gebot für den Sakaka bei 1,79 $ ct / kWh lag, aber Berichten zufolge disqualifiziert wurde, weil weniger bifaziale Solarmodule verwendet werden sollten. Dies zeigt jedoch, dass noch niedrigere Preise möglich sind.
Angesichts der kontinuierlichen und spektakulären Preissenkungen der Photovoltaik in den letzten Jahren.
Zur Ergänzung der Tages-Solar-PV kann konzentrierter Solarstrom (CSP) mit integriertem Wärmespeicher zur Erzeugung von nächtlichem Solarstrom verwendet werden.
Das kürzlich vergebene CSPA-Projekt DEWA IV in Dubai ist eine 700 MW-Kombination aus einem zentralen Turm und drei identischen Parabolrinnen-Anlagen mit 15 Stunden täglicher Lagerung, die Strom mit 7,3 $ ct / kWh produzieren.
Es sollte angemerkt werden, dass die Solarressourcen in Dubai für CSP nicht die besten im GCC sind, Saudi-Arabiens Nordwesten hat eine 30% bessere Ressource.
Also, wenn wir jetzt eine ähnliche Anlage in diesem Bereich bauen würden, könnten wir, wenn alles andere gleich ist, einen Tarif für nächtliche Sonnenenergie von ungefähr 5 $ ct / kWh erreichen. Saudi-Arabien Acwa Power ist der Entwickler des DEWA IV-Projekts und sie erwarten, dass weitere Kostensenkungen möglich sind,
Eine intelligente Kombination von Photovoltaik-Großanlagen und CSP in der Golfregion könnte daher 24-Stunden-Solarstrom für einen Preis von 3 $ ct / kWh bereitstellen. Obwohl diese Zahlen ambitioniert klingen, könnte der kürzlich angekündigte Plan des saudischen Kronprinzen Mohammed bin Salman und Softbank Masayoshi Son, bis 2030 200 GW Solarenergie in Saudi-Arabien zu entwickeln, diesen Ehrgeiz verwirklichen.
Kosten von grünem Wasserstoff im Golf
Um 1 kg Wasserstoff zu produzieren, benötigt man 50 kWh Strom und da die Sonnenenergie im Golf 3 $ ct / kWh kosten kann, betragen die Energiekosten für die Produktion von Wasserstoff 1,5 $ / kg.
Ein Elektrolyseur kostet heutzutage ungefähr 600.000 US-Dollar pro MW, wird aber in einigen Jahren 400.000 US-Dollar kosten.
Unter der Annahme von 8.000 Volllaststunden würde ein solcher an ein Solarsystem gekoppelter Elektrolyseur 160.000 kg H2 pro Jahr produzieren.
Bei einer angenommenen Lebensdauer von zehn Jahren und linearer Abschreibung würden die Kosten für Wasserstoff um 0,25 $ / kg steigen. Die Gesamtkosten für grünen Wasserstoff aus Sonne und Wasser im Golf könnten daher bei nur 1,75 $ / kg liegen.
Kann Wasserstoff zum neuen Öl werden?
Um grünen Wasserstoff zu den oben beschriebenen wettbewerbsfähigen Preisen herzustellen, ist eine Skalierung und ein programmatischer Ansatz erforderlich.
Die extrem niedrigen Preise für Solarenergie werden in die Fußstapfen der saudiarabischen Entwicklungen in Saudi-Arabien und den Vereinigten Arabischen Emiraten treten, und wenn sie mit einem ähnlich ambitionierten Wasserstoffprogramm gekoppelt werden könnten, könnte der GCC zu einem weltweit führenden Unternehmen auf diesem Gebiet werden.
Die große Landfläche für große Solaranlagen, die starke industrielle und intellektuelle Kapazität im Öl- und Gassektor und die strategisch günstige geografische Lage machen es zu einem Selbstverständlichen für die Golfstaaten.
Die folgende Roadmap wird vorgeschlagen:
1.§Einführung von grünem Wasserstoff im Ammoniaksektor,
2.§Einführung von grünem Wasserstoff für den inländischen Strom- und Transportsektor,
3.§Einführung von grünem Wasserstoff für Exportmärkte.
1. Ammoniak
Schauen wir uns Düngemittel an, die viel Wasserstoff enthalten.
Ammoniak oder NH3 ist die Grundlage für die Stickstoff (N) -Düngemittelindustrie.
Es kann direkt auf den Boden als Pflanzennährstoff aufgebracht oder in eine Vielzahl üblicher Düngemittel wie Harnstoff umgewandelt werden.
Im Jahr 2017 produzierten die GCC-Länder 30 Millionen Tonnen Ammoniak und Harnstoff, von denen 90% exportiert wurden.
Die Hälfte dieser Produktion war in Saudi-Arabien, wo SAFCO einige der größten Ammoniak-Anlagen der Welt hat. SAFCO IV produziert zum Beispiel 1,1 Millionen Tonnen Ammoniak pro Jahr.
Um diese Menge an Ammoniak zu produzieren, werden 190.000 Tonnen Wasserstoff benötigt, der derzeit durch Dampf-Methan-Reformierung erzeugt wird.
Eine aktuelle Studie für die Niederlande [4] kam zu dem Schluss, dass bei einer kosteneffizienten Grundlast aus erneuerbaren Energiequellen (25 EUR / MWh) Ammoniak auf elektrochemischem Weg mit Elektrolyseuren und Luftzerlegungsanlagen 260-370 EUR / Tonne kosten würde.
Das traditionelle Dampf-Methan-Reformingverfahren unter Verwendung von Erdgas erzeugt Ammoniak bei 300-350 EUR / Tonne.
Da wir zu diesem Preis im Golf Baseload Solarstrom produzieren können, können wir davon ausgehen, dass grüner Ammoniak wettbewerbsfähig produziert werden kann.
Um die SAFCO IV-Anlage durch eine Ammoniakanlage mit grünem Wasserstoff zu ersetzen, wäre eine Kombination aus einer 1,3-GW-PV-Anlage und einer CSP-Anlage mit 1,3 GW erforderlich, um den benötigten Wasserstoff zu erzeugen, der nur 1,3% der 200-GW-Solarenergie Saudi-Arabiens ausmacht planen.
2. Wasserstoff für andere häusliche Zwecke in der Golfregion
Eine frühere Analyse der Autoren [5] zeigte, dass grüner Wasserstoff genutzt werden kann, um den Energie- und Verkehrssektor der VAE kosteneffizient zu transformieren.
Große Projekte, die oben beschrieben wurden, sind erforderlich, um den Maßstab und den Preis für einen wettbewerbsfähigen grünen Wasserstoffvorschlag zu erreichen.
Aufbauend auf dieser Erfahrung ist die Herstellung von zusätzlichem Wasserstoff für den inländischen Elektrizitäts- und Transportsektor unkompliziert.
Wie zuvor gezeigt wurde, liefert Wasserstoff, der 2 $ / kg oder weniger kostet, geringere Kosten pro Kilometer in einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug, und die Brennstoffzellen in diesen Fahrzeugen können verwendet werden, um Netzstrom zu erzeugen, wenn die Autos nicht benutzt werden, was 96 ist % der ganzen Zeit.
Der Aufbau einer heimischen Wasserstoffindustrie würde auch ein CO2-freies alternatives Geschäftsmodell für den Öl- und Gassektor bieten.
Neben Strom und Transport wäre der Stahlsektor ein potenzieller Markt für Wasserstoff sowie die Ölraffinerien.
Die jüngste Resolution der International Maritime Organization zur Reduzierung von Schadstoffemissionen in der Schifffahrt wird die Nachfrage nach Wasserstoff erhöhen, der in Raffinerien zur Entfernung von Schwefel in Kraftstoffen verwendet wird.
Wenn der verwendete Wasserstoff grüner Wasserstoff ist, kann der Gesamtemissionsfußabdruck des Sektors weiter reduziert werden.
Aber auch die Nachfrage nach schwefelarmem Diesel für den Straßentransport wird voraussichtlich weltweit steigen, verbunden mit einer erhöhten Nachfrage nach Wasserstoff.
3. Exportieren von Wasserstoff
Im Gegensatz zu Kohlenwasserstoffen ist erneuerbare Energie überall auf dem Planeten verfügbar (obwohl die Ressourcen von Region zu Region unterschiedlich sind), so dass grüner Wasserstoff potenziell überall produziert werden kann.
Wie bei den Kohlenwasserstoffen wird es jedoch Unterschiede in der Kostenstruktur und geografischen Standorten geben.
In den größeren Golfstaaten gibt es reichlich billige Landstriche, ein stabiles Wirtschaftsklima, niedrige Kapitalkosten, bestehende Industriekapazitäten und eine hervorragende Solarressource.
Die Mehrheit der Weltbevölkerung ist relativ nah, besonders die energiehungrigen asiatischen Wachstumsmärkte, und die Golfstaaten haben die globalen Energiemärkte seit Jahrzehnten zuverlässig mit Kohlenwasserstoffen versorgt.
Die Nachfrage nach kohlenstoffarmen und kohlenstofffreien Energielösungen, einschließlich Wasserstoff, wird in den kommenden Jahren dramatisch zunehmen,
Kostengünstiger grüner Wasserstoff, der im Golf produziert wird, kann in flüssiger Form, ähnlich wie LNG, exportiert werden. Kawasaki und Shell bauen derzeit ein erstes Flüssigwasserstoffschiff.
Eine weitere elegante und kostengünstige Möglichkeit, Wasserstoff in großen Mengen auf internationale Märkte zu bringen, ist der Transport von grünem Ammoniak.
Ammoniak ist eine der am meisten gehandelten Chemikalien der Welt und der Transport benötigt weniger Energie als der kryogene Weg von flüssigem Wasserstoff, der eine Abkühlung auf -254 ° C erfordert.
Allerdings kostet das Cracken von Ammoniak in seinen Komponenten Wasserstoff und Stickstoff beim Kunden auch Energie, so dass ein Vergleich dieser Optionen gebührend berücksichtigt werden muss.
Das neue Öl
Die Verwendung von 20% der Landfläche der VAE5 für Solaranlagen, die grünen Wasserstoff für den Export produzieren, würde ausreichen, um die derzeitigen Einnahmen aus Öl und Gas zu decken.
Eine ähnliche Prämisse gibt es für andere größere Golfstaaten, die eine Chance für eine zukunftssichere wirtschaftliche Perspektive jenseits von Kohlenwasserstoffen bieten.
Die Golfstaaten haben seit Jahrzehnten die globale wirtschaftliche Entwicklung durch die Versorgung der Energiemärkte ermöglicht und haben nun die gleiche Chance, zu einem globalen Energiesystem beizutragen, das die Umwelt nicht belastet.
Frank Wouters
Frank Wouters leitet seit über 28 Jahren Projekte im Bereich erneuerbare Energien, Transaktionen und Technologieentwicklung. Er hat eine führende Rolle bei der Entwicklung von Projekten zur Erzeugung erneuerbarer Energien im Wert von über 5 Milliarden US-Dollar gespielt. Diese reichen von der kleinen PV-Solarelektrifizierung in Uganda bis zum 100-MW-Kraftwerk Shams I Concentrating Solar Power (CSP) in den Vereinigten Arabischen Emiraten und dem London Array, dem weltweit größten Offshore-Windprojekt.
Zwischen 2012 und 2014 war er stellvertretender Generaldirektor der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA), der ersten globalen zwischenstaatlichen Organisation für alle erneuerbaren Energien.
Herr Wouters war Mitglied im Vorstand mehrerer Energieunternehmen und ist derzeit Direktor des EU GCC Clean Energy Network, einer Plattform, die umweltfreundliche Energiepartnerschaften zwischen Europa und dem Golf fördern soll. Er berät die Weltbank bei der Solarenergie Er ist Direktor von New Energy bei Advisian, er ist Fellow am Payne Institute der Colorado School of Mines und er ist nicht-exekutiver Direktor von Gorestreet Capital, London.
Er ist Co-Autor mehrerer Bücher, darunter "Die Sonne geht in Afrika und im Nahen Osten - Auf dem Weg zu einer solaren Energie Zukunft" (Pan Stanford Publishing, ISBN 978-981-4774-89-5), die war veröffentlicht im März 2018.
Prof. Dr. Dr. Ad van Wijk
Ad van Wijk ist nachhaltiger Energieunternehmer und Teilzeitprofessor von Future Energy Systems an der TU Delft, Niederlande. Er arbeitet auch für das KWR Waterresearch Institute, um das Forschungsprogramm Energie und Wasser zu entwickeln und umzusetzen. Und er ist Mitglied des Northern Netherlands Innovation Board, um die Energiewende zu realisieren.
1984 gründete van Wijk die Firma Ecofys, aus der schließlich Econcern wurde. Econcern hat viele neue nachhaltige Energieprodukte, Dienstleistungen und Projekte entwickelt. Beispiele hierfür sind der 120 MW-Offshore-Windpark Princess Amalia in der Nordsee, mehrere Multi-MW-Solarparks in Spanien und eine Bio-Methanol-Anlage in den Niederlanden, die größte Biomasseanlage der zweiten Generation weltweit.
Van Wijk hat viele wichtige Preise für exzellentes Unternehmertum erhalten. Unter anderem war er 2007 niederländischer Unternehmer des Jahres und 2008 niederländischer Top-Manager.
An der TU Delft wird sich van Wijk auf die Energiesysteme der Zukunft konzentrieren. Insbesondere wird er Wasserstoff- und Brennstoffzellenautos erforschen und gleichzeitig das "Grüne Dorf" realisieren. www.thegreenvillage.org
Van Wijk hat ein sehr lesenswertes Buch " Wie man ein Ei kochen" veröffentlicht. ISBN: 978-1-60750-989-9. Und er hat die Bücher " Welcome to the Green Village"ISBN 978-1-61499-283-7, "Unser Auto als Kraftwerk" ISBN 978-1-61499-376-6 und " 3D-Druck mit Biomaterialien" ISBN 978 geschrieben -1-61499-485-5, "The Green Hydrogen Economy in den nördlichen Niederlanden" ISBN 978-90-826989-0-9, "Solar Power to the People" ISBN 978-1-61499-832-7 (online)
Folgen Sie Ad van Wijk auf Twitter @advanwijk oder über seine Website www.profadvanwijk.com
[1] https://www.shell.com/energy-and-innovation/...hell-scenario-sky.html
[2] https://www.bp.com/content/dam/bp/en/corporate/...gy-outlook-2018.pdf
[3] http://hydrogencouncil.com/wp-content/uploads/...Hydrogen-Council.pdf
[4] "Strom zu Ammoniak", ISPT (2017)
[5] http://energypost.eu/using-clean-cars-power-plants-can-done-uae/
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